一种永磁辅助同步磁阻电机转子和电机的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁辅助同步磁阻电机转子和电机。


背景技术：

2.同步磁阻电机是一种高效的同步电机，相比永磁同步电机，它的使用材料中不含有永磁体，因此成本更低，性价比更高。永磁同步电机是一种高性能的的同步电机，但其使用的稀土永磁材料成本高，且容易退磁。鉴于同步磁阻电机性能方面和永磁同步电机材料成本、可靠性方面的不足，近年来，在同步磁阻电机的磁障2当中加入永磁材料的永磁辅助同步磁阻电机得到广泛发展。当然，永磁辅助同步磁阻电机相对于永磁电机来说性能仍有不足。传统的永磁辅助同步磁阻电机一般将永磁体4布置在磁障2内部，如图1所示。永磁体所在的d轴磁路由于有不导磁磁障的存在，磁阻较大，因此，永磁体产生的磁势在磁路上的损耗较大，难以产生较大转矩；同时，基于mpta(最大转矩电流比控制)控制算法，永磁体产生最大转矩和磁阻最大转矩所对应电流角是不一致的，因此，在同一台电机当中，很难将二者转矩最大化，从而无法充分利用磁阻转矩和永磁转矩，限制了传统永磁辅助同步磁阻电机的转矩输出能力。


技术实现要素：

3.1、实用新型要解决的技术问题
4.针对传统的永磁辅助同步磁阻电机无法在同一电流角下，使磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值的技术问题，本实用新型提供了一种永磁辅助同步磁阻电机转子和电机，它可以在同一电流角下，使磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，提高电机的转矩密度和转矩输出能力。
5.2、技术方案
6.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
7.一种永磁辅助同步磁阻电机转子，包括：转子铁芯，所述转子铁芯的周向方向上均匀设有磁障组，所述磁障组包括多个沿转子铁芯径向方向间隔排列的磁障和永磁槽，所述永磁槽的中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角为45度电角度，所述永磁槽内设有永磁体。
8.如图1-2所示，q轴是指相邻磁障组之间的中心线，d轴是指所述永磁槽的中心线，β是d轴和q轴之间的夹角的电角度，在本实施例中，电流角是是定子磁链与永磁体产生的气隙磁场间的空间电角度。电机每对极在定子内圆上所占的角度360/p指的是实际的空间几何角度,这个角度被称为机械角度,而一对极所占的机械角度定义为360度电角度,这是因为绕组中感应电势变化一个周期为360
°
。即电角度＝机械角度
×
极对数。因此，图2中所述永磁槽的中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角的为45度电角度，故所对应的机械角度为22.5
°
。如图1所示，根据同步电机的转矩公式：
进行计算，其中，t为电机转矩，p为极对数，ψ
pm
为永磁磁链，ia为定子电流空间矢量，ld为定子绕组的d轴电感，lq为定子绕组的q轴电感，θ为电流角；传统的永磁辅助同步磁阻电机中，所述永磁槽的中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角为90电角度；如图3所示的传统的永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性曲线可知，传统的永磁辅助同步磁阻电机的永磁转矩在电流角为0电角度时最大，磁阻转矩在电流角为45电角度时最大，合成转矩小于两者转矩最大值之和。如图2所示，本实施例在传统永磁辅助同步磁阻电机的基础上，通过调整永磁体的设置位置，使永磁体中心线所在的d轴与相邻磁障组的中心线q轴的夹角为45电角度。如图4所示的本实施例的永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性曲线可知，本实施例的永磁辅助同步磁阻电机在同一电流角下，磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，使合成转矩为永磁转矩和磁阻转矩最大值之和，如图5和6所示，本实施例的的永磁辅助同步磁阻电机的气隙磁密和反电势都比传统的永磁辅助同步磁阻电机要高。由此可知，相比于传统的永磁辅助同步磁阻电机，本实施例中的永磁辅助同步磁阻电机，在同一电流角下，磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，转矩密度更高，转矩输出能力更高。
9.可选的，所述磁障为空气磁障。
10.可选的，所述转子铁芯由硅钢冲片叠压而成。
11.可选的，所述永磁体采用铁氧体材料或者钕铁硼材料制成。
12.可选的，所述永磁体的形状为直线型或者v形。
13.可选的，所述磁障组包括3个沿转子铁芯径向方向间隔排列的磁障和1个永磁槽，由内向外依次为第一磁障、第二磁障和第三磁障，所述永磁槽的一端位于所述第三磁障的端部，所述永磁槽的另一端位于第一磁障的端部。
14.可选的，所述转子还包括转轴，所述转子铁芯设于所述转轴上。
15.可选的，所述磁障的形状为u型、弧形或者v形。
16.同时，本实用新型提供一种电机，包括上述所述的永磁辅助同步磁阻电机转子和定子。
17.可选的，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯由硅钢冲片叠压而成。
18.3、有益效果
19.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
20.(1)本技术实施例提出的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，结构简单，本实施例在传统永磁辅助同步磁阻电机的基础上，通过调整永磁体的设置位置，使永磁体中心线所在的d轴与相邻磁障组的中心线q轴的夹角为45电角度，该设置使得本实施例的永磁辅助同步磁阻电机在同一电流角下，磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，使合成转矩为永磁转矩和磁阻转矩最大值之和。相比于传统的永磁辅助同步磁阻电机，本实施例中的永磁辅助同步磁阻电机，在同一电流角下，磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，转矩密度更高，转矩输出能力更高。
21.(2)本技术实施例提出的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，永磁体采用铁氧体材料或者钕铁硼材料制成，铁氧体材料具有价格低廉，耐温高的特点；钕铁硼材料具有高磁性的特点，可以增大电机的转矩密度。
22.(3)本技术实施例提出的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，转子铁芯由硅钢冲片叠压而成。采用硅钢冲片叠压而成，具有高的磁通率，且结构强度高，便于加工。
附图说明
23.图1为传统的永磁辅助同步磁阻电机转子的剖视图。
24.图2为本实用新型实施例提出的一种永磁辅助同步磁阻电机转子的剖视图。
25.图3为传统的永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性图。
26.图4为本实用新型实施例提出的一种永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性图。
27.图5为传统的永磁辅助同步磁阻电机转子与本实用新型实施例提出的永磁辅助同步磁阻电机的空载气隙磁密对比曲线图；
28.图6为传统的永磁辅助同步磁阻电机转子与本实用新型实施例提出的永磁辅助同步磁阻电机的空载反电势对比曲线图。
具体实施方式
29.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。
30.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。
31.实施例1
32.结合附图1-6，本实施例提供一种永磁辅助同步磁阻电机转子，包括：转子铁芯1，所述转子铁芯1的周向方向上均匀设有磁障组，所述磁障组包括多个沿转子铁芯1径向方向间隔排列的磁障2和永磁槽3，所述永磁槽3的中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角为45度电角度，所述永磁槽3内设有永磁体4。
33.如图1-2所示，q轴是指相邻磁障组之间的中心线，d轴是指所述永磁槽3的中心线，β是d轴和q轴之间的夹角的电角度，在本实施例中，电流角是是定子磁链与永磁体产生的气隙磁场间的空间电角度。电机每对极在定子内圆上所占的角度360/p指的是实际的空间几
何角度,这个角度被称为机械角度,而一对极所占的机械角度定义为360度电角度,这是因为绕组中感应电势变化一个周期为360
°
。即电角度＝机械角度
×
极对数。因此，图2中所述永磁槽3的中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角的为45度电角度，故所对应的机械角度为22.5
°
。如图1所示，根据同步电机的转矩公式：进行计算，其中，t为电机转矩，p为极对数，ψ
pm
为永磁磁链，ia为定子电流空间矢量，ld为定子绕组的d轴电感，lq为定子绕组的q轴电感，θ为电流角；传统的永磁辅助同步磁阻电机中，所述永磁槽3的中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角为90电角度；如图3所示的传统的永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性曲线可知，传统的永磁辅助同步磁阻电机的永磁转矩在电流角为0电角度时最大，磁阻转矩在电流角为45电角度时最大，合成转矩小于两者转矩最大值之和。如图2所示，本实施例在传统永磁辅助同步磁阻电机的基础上，通过调整永磁体4的设置位置，使永磁体4中心线所在的d轴与相邻磁障组的中心线q轴的夹角为45电角度。如图4所示的本实施例的永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性曲线可知，本实施例的永磁辅助同步磁阻电机在同一电流角下，磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，使合成转矩为永磁转矩和磁阻转矩最大值之和，如图5和6所示，本实施例的的永磁辅助同步磁阻电机的气隙磁密和反电势都比传统的永磁辅助同步磁阻电机要高。由此可知，相比于传统的永磁辅助同步磁阻电机，本实施例中的永磁辅助同步磁阻电机，在同一电流角下，磁阻转矩和永磁转矩均达到最大值，转矩密度更高，转矩输出能力更高。
34.实施例2
35.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述磁障2为空气磁障。空气磁障在起到一定的隔磁作用的同时，降低生产成本。
36.实施例3
37.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述转子铁芯1由硅钢冲片叠压而成。采用硅钢冲片叠压而成，具有高的磁通率，且结构强度高，便于加工。
38.实施例4
39.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述永磁体4采用铁氧体材料或者钕铁硼材料制成。铁氧体材料具有价格低廉，耐温高的特点；钕铁硼材料具有高磁性的特点，可以增大电机的转矩密度。
40.实施例5
41.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述永磁体4的形状为直线型或者v形。直线型便于加工设置，而“v”形，可以具有更高的转矩密度。
42.实施例6
43.结合附图2，本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述磁障组包括3个沿转子铁芯1径向方向间隔排列的磁障2和1个永磁槽3，由内向外依次为第一磁障5、第二磁障6和第三磁障7，所述永磁槽3的一端位于所述第三磁障7的端部，所述永磁槽3的另一端位于第一磁障5的端部。该设置使得所述永磁槽3的
中心线与相邻磁障组的中心线之间的夹角的为45度电角度，所对应的机械角度为22.5
°
，提高了转矩密度。
44.实施例7
45.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述转子还包括转轴，所述转子铁芯1设于所述转轴上。
46.实施例8
47.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子和电机，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述磁障2的形状为u型、弧形或者v形。该结构便于加工设置，且可以起到一定的隔磁作用。
48.实施例9
49.本实施例提供一种电机，包括实施例1-8任意一项技术方案所述的永磁辅助同步磁阻电机转子和定子。该设置的电机，相比于传统的永磁辅助同步磁阻电机，本实施例中的永磁辅助同步磁阻电机的转矩密度更高，转矩输出能力更高，充分利用了磁阻转矩和永磁转矩，使得利用率达到了最大化。
50.实施例10
51.本实施例的一种永磁辅助同步磁阻电机转子和电机，与实施例9的技术方案相比，可改进如下：所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯由硅钢冲片叠压而成。采用硅钢冲片叠压而成，具有高的磁通率，且结构强度高，便于加工。
52.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。